KR20120125606A

KR20120125606A - 내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법 및 상기 방법에 의해 제조할 수 있는 피스톤

Info

Publication number: KR20120125606A
Application number: KR20127017569A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 켈러
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2009-12-19
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-11-16
Also published as: BR112012015161A2; US20140202001A1; US9021695B2; US20130000590A1; CN102844556A; EP2513462A1; DE102009059658A1; WO2011072656A1

Abstract

본 발명은 상부 피스톤부(11, 111, 211)와 하부 피스톤부(15)로 이루어진 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이와 관련하여 금속재 밴드형 또는 판형 반제품(22)을 제공하고 상기 반제품으로부터 링형 상부 피스톤부(11, 111, 211)로 압형하거나 또는 링형 미가공품(25)으로 압형하고 마무리 가공하여 상부 피스톤부(11, 111, 211)를 형성하고 하부 피스톤부(5)에 연결하여 피스톤(10)을 형성한다.

Description

내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법 및 상기 방법에 의해 제조할 수 있는 피스톤{METHOD FOR PRODUCING A PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND PISTON THAT CAN BE PRODUCED BY MEANS OF SAID METHOD}

본 발명은 내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법 및 상기 방법에 의해 제조할 수 있는 피스톤에 관한 것이다.

DE 103 11 149 A1는 용접점의 수를 최소로 하여 고정시키고 후속 단조공정에 의해 서로 연결시킨 상부 피스톤부와 하부 피스톤부로 이루어진 피스톤을 공개하고 있다. 이러한 피스톤은 상부 피스톤부를 특히 온도에 안정적이면서 내열성인 재료로 제조하여 특히 연소 공동의 영역에 스케일링이 형성되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다. 그러나 이러한 피스톤의 제조에는 많은 비용이 소요되고 가격 상승으로 이어진다.

본 발명의 목적은 최대한 적은 제조비용과 낮은 가격으로 실현 가능한 내연기관용 피스톤 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 제1해결수단은 금속재 밴드형 또는 판형 반제품을 제공하고 상기 반제품으로부터 링형 미가공품으로 압형하며 이어서 마무리 가공하여 상부 피스톤부를 형성하고 상기 상부 피스톤부를 하부 피스톤부와 연결하여 피스톤을 형성하는데 있다.

본 발명에 따른 제2해결수단은 금속재 밴드형 또는 판형 반제품을 제공하고 상기 밴드형 또는 판형 반제품의 적어도 일면을 마무리 가공하며 상기 반제품을 링형 상부 피스톤부로 압형하고 최종적으로 하부 피스톤부와 연결하여 피스톤을 형성하는데 있다.

상기 방법에 의해 제조할 수 있는 피스톤은 본 발명의 또 다른 요지이다.

본 발명은 특히 단순하면서 적은 수의 제조 단계로 실현할 수 있어 비용면에서 유리한 피스톤 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다. 특히 원하는 적절한 재료로부터 상부 피스톤부를 단순한 방법으로 제공할 수 있다. 따라서 예를 들면 특히 온도에 안정적이면서 내열성이 있는 상부 피스톤부를 구비한 피스톤을 단순하면서 비용면에서 유리한 방법으로 제공할 수 있다.

유리한 추가 실시형태들은 종속항으로부터 분명해진다.

최종 피스톤이 엔진 작동 요건을 최적의 방법으로 충족하도록 강재 반제품을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 열간- 또는 냉간 압연 강재가 특히 적합하다.

반제품의 압형에 의해 미가공품을 제조하는 경우에는 적어도 하나의 면을 따라 평탄화 공정, 예를 들면 선반 또는 연삭공정에 의해 가공하는 것이 바람직하다. 이때 평탄하게 가공된 면은 최종 피스톤에서 피스톤 크라운을 형성한다.

반제품의 압형에 의해 최종 상부 피스톤부를 형성하는 경우에는 압형 전에 반제품의 적어도 하나의 면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 이때 평탄하게 가공한 면은 최종 피스톤에서 피스톤 크라운을 형성한다. 압형 후에 상기 상부 피스톤부를 필요에 따라 마무리 가공할 수 있음은 물론이다.

각각의 경우에 요구되는 조건에 따라 두께가 15 mm 이하인 반제품을 이용할 수 있다.

바람직한 또 다른 실시형태에서는 압형시 압형 공구의 적절한 형상에 의해 미가공품 또는 상부 피스톤부에 주변을 둘러싸는 하부 홈 및/또는 미가공품 또는 상부 피스톤부에 주변을 둘러싸는 측면 홈이 형성되어 있다. 상기 하부 홈은 최종 피스톤에서 냉각관의 적어도 일부를 형성한다. 외측 홈은 예를 들면 링 홈의 일부를 형성한다. 내측 홈은 예를 들면 연소 공동의 일부를 형성할 수 있다.

최종 상부 피스톤부는 예를 들면 용접 또는 납땜에 의해 하부 피스톤부와 연결되어 최종 피스톤을 형성할 수 있다. 이어서 상기 피스톤을 필요에 따라 마무리 가공할 수 있음은 물론이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 도면은 개략적인 것으로 실제 크기와 일치하는 것은 아니다:
도 1은 본 발명에 따른 피스톤의 일 실시예의 단면을 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 밴드형 반제품의 평면도이고;
도 3은 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 상부 피스톤부의 또 다른 실시예의 단면을 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 상부 피스톤부의 또 다른 실시예의 단면을 나타낸 도면이다.

도 1은 피스톤(10)의 일 실시예를 도시하고 있다. 본 발명은 모든 피스톤 유형과 피스톤 재료에 적용할 수 있기 때문에 이하에서는 본 발명을 설명하기 위해 피스톤의 일 유형을 예로 들어 인용한다.

본 실시예의 피스톤(10)은 용접된 더블-파트 박스형 피스톤으로서 그의 구조 자체는 공지되어 있다. 피스톤(10)은 주변을 둘러싸는 탑 랜드(12)가 형성되어 있는 상부 피스톤부(11)를 포함한다. 상부 피스톤부(11)는 피스톤 크라운(11a)과 연소 공동(13)의 일부를 형성하고 탑 랜드(12)의 하부에는 피스톤 링 홈(14)이 형성되어 있다. 또한 피스톤(10)은 2개의 피스톤 링 홈(16, 17)과 피스톤 링 홈(14, 16, 17)으로부터 후방에 배치되어 피스톤 보스(18)가 형성되어 있는 하부 피스톤부(15)를 포함한다. 피스톤 보스(18)에는 피스톤 핀(미도시)을 수용하기 위한 핀 홀(19)이 형성되어 있다. 상부 피스톤부(11)와 하부 피스톤부(15)는 공동으로 주변을 둘러싸는 냉각관(21)을 형성한다.

도 2는 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 반제품(22)으로서, 밴드형 반제품의 일 실시예를 도시하고 있다. 반제품(22)은 예를 들면 10 mm 두께의 42CrMo4형 열간- 또는 냉간 압연 강재로 구성된다. 본 발명에 따르면 23과 24로 표시된 단면선을 따라 링형 미가공품 또는 링형 상부 피스톤부로 압형한다.

반제품(22)을 더 이상 가공하지 않고 사용하는 경우에는 링형 미가공품(25)으로 압형한다. 미가공품(25)은 적어도 하나의 면을 따라 평탄화 공정, 예를 들면 선반 또는 연삭공정에 의해 가공한다. 상기 면은 최종 피스톤(10)에서 상부 피스톤부(11)의 피스톤 크라운(11a)을 형성한다. 이어서, 최종 상부 피스톤부(11)를 하부 피스톤부(15)와 예를 들면 납땜이나 마찰 용접, 전극 용접 또는 레이저 용접과 같은 용접에 의해 연결하여 피스톤(10)을 형성한다. 이어서 피스톤(10)을 필요에 따라 마무리 가공할 수 있음은 물론이다.

그러나 압형 전에 반제품(22)을 더 가공할 수 있는데, 반제품(22)의 적어도 하나의 면(26)을 평탄화 공정, 예를 들면 선반 또는 연삭공정에 의해 가공한다. 이어서, 링형 상부 피스톤부(11)로 압형한다. 평탄하게 가공된 면(26)은 최종 피스톤(10)에서 상부 피스톤부(11)의 피스톤 크라운(11a)을 형성한다. 이어서, 위에 기재한 바와 같이 최종 상부 피스톤부(11)를 하부 피스톤부(15)와 연결하여 피스톤(10)을 형성한다.

도 3에는 반제품(22)을 압형한 링형 상부 피스톤부(111)의 일 실시예가 도시되어 있다. 상부 피스톤부(111)에는 주변을 둘러싸는 하부 홈(127)을 형성하여 최종 피스톤의 주변을 둘러싸는 냉각관-도 1의 냉각관(21) 참조-을 형성한다. 홈(127)은 실제로 알려져 있는 방법으로 적당한 주형이 제공되어 있는 압형 도구에 의해 형성된다. 따라서 홈(127)은 압형 공정과 동시에 형성된다. 링형 상부 피스톤부(111)의 중앙의 개구부(113)는 최종 피스톤에서 연소 공동-도 1의 연소 공동(13) 참조-의 일부를 형성한다. 물론 반제품(22)으로부터 미가공품을 제조할 때에도 동일한 바가 적용된다.

도 4에는 반제품(22)을 압형한 링형 상부 피스톤부(211)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 경우에 따라 상부 피스톤부(211)에는 주변을 둘러싸는 하부 홈(227)을 형성하여 최종 피스톤의 주변을 둘러싸는 냉각관-도 1의 냉각관로(21) 참조-을 형성한다. 상부 피스톤부(211)에는 또한 주변을 둘러싸는 외측 홈(228)을 형성하여 최종 피스톤에서 피스톤 링 홈-도 1의 피스톤 링 홈(14) 참조-의 일부를 형성한다. 홈(227, 228)은 실제로 알려져 있는 방법으로 적당한 주형이 제공되어 있는 압형 도구에 의해 형성된다. 따라서 홈(227, 228)은 압형 공정과 동시에 형성된다. 링형 상부 피스톤부(211)의 중앙의 개구부(213)는 최종 피스톤에서 연소 공동-도 1의 연소 공동(13) 참조-의 일부를 형성한다. 물론 반제품(22)으로부터 미가공품을 제조할 때에도 동일한 바가 적용된다.

Claims

하기 공정 단계를 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법:
(a) 금속재 밴드형 또는 판형 반제품(22)을 제공하는 단계,
(b) 반제품(22)으로부터 링형 미가공품(25)으로 압형하는 단계,
(c) 미가공품(25)을 상부 피스톤부(11, 111, 211)로 마무리 가공하는 단계,
(d) 상부 피스톤부(11, 111, 211)를 하부 피스톤부(15)와 연결하여 피스톤(10)을 형성하는 단계.
하기 공정 단계를 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법:
(a) 금속재 밴드형 또는 판형 반제품(22)을 제공하는 단계,
(b) 밴드형 또는 판형 반제품(22)의 적어도 하나의 면(26)을 마무리 가공하는 단계,
(c) 반제품(22)으로부터 링형 상부 피스톤부(11, 111, 211)로 압형하는 단계,
(d) 상부 피스톤부(11, 111, 211)를 하부 피스톤부(15)와 연결하여 피스톤(10)을 형성하는 단계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 강재 반제품(22)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 열간- 또는 냉간 압연 강재로 구성된 반제품(22)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 단계(c)에서 미가공품(25)이 적어도 하나의 면을 따라 평탄하게 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 단계(b)에서 반제품(22)의 적어도 하나의 면(26)이 평탄하게 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 단계(c) 이후에 상부 피스톤부(11, 111, 211)가 마무리 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 15 mm 이하의 두께를 가진 반제품(22)이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압형시 주변을 둘러싸는 하부 홈(127, 227)이 미가공품(25) 또는 상부 피스톤부(11, 111, 211)에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압형시 주변을 둘러싸는 적어도 하나의 측면 홈(228)이 미가공품(25) 또는 상부 피스톤부(11, 111, 211)에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 주변을 둘러싸는 적어도 하나의 측면 홈(228)이 미가공품(25) 또는 상부 피스톤부(11, 111, 211)의 외주면 또는 내주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 피스톤부(11, 111, 211)와 하부 피스톤부(15)가 용접 또는 납땜에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 제조 가능한 내연기관용 피스톤(10).